Deplasarea mișcării apelor subterane în apele subterane se produce sub influența gravitației

Mișcarea apelor subterane se realizează sub influența gravitației, gradientelor presiunii hidrostatice și a forțelor capilare. Mișcarea apei subterane în zonele de aerare și de saturație este semnificativ diferită.






Mișcarea apei poate fi laminară sau turbulentă. Atunci când fluxul laminar, scurgerile de apă se mișcă fără a se învârti, paralele unul cu celălalt, cu viteze mici, uneori mișcarea laminară se numește canelură paralelă. Mișcarea apelor subterane în marea majoritate a cazurilor este laminară.
Mișcarea turbulentă se caracterizează prin viteze mari, vorticități, pulsații și amestecarea jeturilor individuale de apă. Apare numai în pori foarte mari sau în fisuri mari de roci cu gradienți semnificativi (de exemplu, în apropierea puțurilor, de la care se efectuează pomparea intensivă a apei).
În zona de aerare, precipitațiile atmosferice și apa de suprafață pătrund în sol, numite scurgere (infiltrație). Există infiltrații libere și infiltrații normale. În primul caz, mișcarea apei din sol pe verticală se face sub acțiunea forțelor gravitaționale și capilare, sub formă de fluxuri izolate, prin pori capilare și tuburi separate; în timp ce spațiul poros al solului nu rămâne saturat cu apă și mișcarea aerului atmosferic este păstrată în el, ceea ce exclude influența presiunii hidrostatice asupra mișcării apei. În cel de-al doilea caz, mișcarea de apă este un flux continuu sub influența gravitației, gradientelor presiunii hidrostatice și a forțelor capilare; porii sunt umpluți cu apă complet.
Apa de infiltrație poate ajunge fie la nivelul apei subterane și poate provoca creșterea sau rămânerea în zona de aerare sub formă de apă suspendată capilar.
Zona de saturație sub acțiunea gravitației și a apei sub presiune hidrostatică liberă (gravitațional) prin pori și fisuri în sol este deplasat spre suprafața conicitate acvifer (nivelul apelor subterane), fie în direcția de scădere a presiunii. Această mișcare se numește filtrare.
Conform definiției enciclopedice, filtrarea este mișcarea unui lichid într-un mediu poros. Mișcarea apelor subterane are loc nu numai în roci poroase, ci și în roci fracturate, precum și în medii cu o geometrie mai complexă a spațiului liber (filtrat). În plus, în legătură cu diversitatea speciilor de apă din roci, diferitele tipuri de mișcare și diferite forțe energetice care determină o astfel de mișcare (mișcarea moleculelor o vapori

apă, mișcarea apei sub influența forțelor de tensiune superficială, difuzie etc.). In hidrogeologice termenul „apă subterană de filtrare“ se referă la mișcarea apei gravitațională liberă, care are loc sub acțiunea gravitației sau gradient de presiune (cu saturația plin de apă de spațiu liber). În multe cazuri, filtrarea apei subterane este strâns legată de alte tipuri de mișcare a apei care există în hidrofarul subteran al planetei. Prin urmare, termenul recent utilizat pe scară largă „geofiltration“ (VM Shestakov) (filtrare în subteran) care integrează toate tipurile de circulație a apei în roci.
Dacă luăm în considerare circulația apei subterane prin secțiunea transversală a oricărui element subteran hidrosfera, condițiile reale ale mișcării libere (gravitatea) a apei are loc prin sistemul de goluri interconectate în roca schelet mineral minus partea secțiunii golurilor ocupate de apă legată, înglobată de aer, gaze etc. . cantitatea relativă de astfel (filtrare), spațiu liber sau o parte a secțiunii transversale a elementului (dacă există un spațiu liber geometrie uniformă) determinată de valoarea coeficienților și o rocă porozitate activă n (a se vedea. § 3.1). Pentru a simplifica calculele presupune în mod arbitrar că mișcarea apei are loc prin întregul element de secțiune transversală, zona F (cm2, m2, etc.), care, în acest caz se determină din relația
F = W, (8,1)
unde B este lățimea debitului, m; m - puterea fluxului (formarea), m.
Aria reală F 'a secțiunii transversale a curgerii este doar o parte din secțiunea transversală totală și este determinată ținând seama de valoarea ciclului de activitate activă n.
și

Astfel, fluxul natural real al apei subterane gravitaționale, filtrat printr-un sistem de pori sau crăpături, este înlocuit de un flux condițional, care se numește fluxul de filtrare a apelor subterane.
Debitul debitului de filtrare Q este cantitatea de apă care trece pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a debitului (cm3 / s, l / s, m3 / zi etc.). De la evaluarea

accident vascular cerebral poate fi făcută să curgă (elementul de curgere) având o lățime diferită, conceptul de așa-numitul specific (unic) de curgere q rate, care este definită ca fiind cantitatea de apă care trece pe unitatea de timp prin secțiunea transversală de curgere, cu o lățime de 1 m (cm3 / s, L / s, m3 / zi, etc.).
Rata de filtrare (debitul de filtrare) UF (cm / s, m / zi, etc.) - cantitatea de apă care trece pe unitatea de timp printr-o unitate a secțiunii transversale a curgerii (formarea):

unde Q - debitul de filtrare, cm3 / s, m3 / zi; F este aria secțiunii transversale, cm2, m2.
Întrucât într-un mediu poros suprafața secțiunii transversale este mai mare decât suprafața totală a porilor, viteza de filtrare este întotdeauna mai mică decât viteza reală a debitului de apă din porii solului. Cu cât porozitatea este mai mare, cu atât mai mică este diferența dintre v și v ^
(8.4)
gder "este coeficientul de porozitate, exprimat în fracțiuni de unitate, p '= p / 100.






mișcarea apei (gravitațional) liberă ca în infiltrarea normală în zona de aerare și filtrare în zona de saturație are un regim fin poros substraturilor laminară și dependență se supune, care, în ceea ce privește circulația apei subterane este înregistrată sub formă de filtrare a legii lui Darcy

Factorul de filtrare este exprimat în unități de viteză: m / zi, m / h, m / s, cm / s, mm / min etc. Aceasta este o caracteristică foarte importantă utilizată în studiul mișcării apelor subterane. Coeficientul de filtrare reflectă proprietățile permeabile ale solului (vezi § 3.2). Valorile aproximative ale coeficientului de filtrare pentru unele soluri sunt prezentate în Tabelul. 6. Atunci când se compară coeficienții de filtrare și porozitatea solurilor, se observă faptul că scăderea bruscă a coeficienților de filtrare din argilă și argile, în ciuda porozității lor crescute, atrage atenția. Acest lucru se explică prin faptul că porii mici ai acestor soluri sunt umpluți cu film și apă capilară, care împiedică mișcarea apei libere (gravitaționale). Factorul de filtrare este de obicei determinat experimental.
Principalele elemente hidrodinamice ale fluxului de filtrare sunt capul piezometric și gradientul de presiune.
Cap piezometric. Conceptul de presiune a apei este introdus în știință de către cercetătorul rus D. Bernoulli. Prin definiția sa, capul H este exprimat prin următoarea ecuație:
unde P - presiunea hidrostatică la punctul de sub fluxul de apă; src = „http://uchebniki-besplatno.com/files/uch_group51/uch_pgroup252/uch_uch667/image/50.jpg“ alt = „“ /> - greutatea volumetrică a apei; z este înălțimea punctului de studiu
curge peste planul selectat de comparare a capetelor; - cap de mare viteză.
Amploarea fluxului de apă subterană este foarte mică, aceasta
sunt de obicei neglijate, iar capul apelor subterane este determinat din ecuație
(8,7)
Valoarea este cunoscută sub numele de piezometrie
și este o măsură a energiei fluxului unei mișcări
lichid, iar raportul este înălțimea piezometrică,
caracterizând "energia presiunii".
Înălțimea piezometrică h este înălțimea la care apa trebuie să crească peste un anumit punct de curgere sub influența lui

presiunea hidrostatică P în acest moment. În cazul curgerii la sol înălțimea piezometrică egală cu adâncimea de scufundare a unui anumit punct de pe masa de apă, iar în cazul presiunii apei - punct adâncimea de imersie de pe suprafața piezometrică a apei (fig.16.).

Fig. 16. Schema debitului apei subterane cu o suprafață liberă:

1 - roci ale acviferului și zona de aerare; 2 - roci slab permeabile;
3 - nivelul apei subterane libere; 4 - piezometre (găuri); 5 - Direcția
fluxul de apă subterană
Din moment ce acestea punctul de curgere se pot ocupa diferite pozitii pe inaltime, energia de curgere a celor două puncte trebuie să fie redusă la o singură comparație plan: z1 și z2 - distanța (m) de la punctele considerate până la selectat (singur) compararea plan ( „poziția de putere“).

Datorită schimbărilor relativ mici în viteza de mișcare a apelor subterane (de la o secțiune la alta), capul de viteză în acest caz nu poate fi luat în considerare. Apoi, în fiecare punct, energia totală a fluxului de apă subterană (presiune) este dată de expresie
H = h + z. (8.8)
La determinarea capului H al apei subterane, suprafața suportului subteran de apă (în cazul poziției sale orizontale) sau orice suprafață orizontală poate fi aleasă ca plan de referință. În poziția planului de comparație de pe suprafața dispozitivului de reținere a apei, capul apei subterane este numeric egal cu puterea fluxului din secțiunea dată (H1 = m1, H2 = m2). În condiții reale, când se compară presiunea apelor subterane în diferite puncte ale debitului, nivelul Oceanului Mondial (z = 0) este de obicei luat ca un singur plan de comparație. În acest caz (Fig. 16), valoarea presiunii (m) este egală cu nivelul mărcii absolute, la care apa este ridicată de presiunea hidrostatică la punctul de curgere (așa-numitul nivel de apă de echilibru). Estimarea presiunii în semnele absolute ale nivelului de apă la starea de echilibru este convenabilă atunci când este necesar să se compare valorile capului apei subterane măsurate în diferite puncte ale hidrosferei subterane.
În timpul conducerii fluidului printr-un mediu poros (filtru) sau se deplasează curgerea apei subterane într-o presiune medie natural (flux de energie) consumată în depășirea forțelor de frecare și, prin urmare, presiunea scade piezometrice (cantitatea AN), în direcția fluxului de trafic de apă subterană. Astfel, putem presupune că, în toate cazurile, mișcarea apelor subterane este derivată din regiunea (zona, punct etc.) Din zona de presiune ridicată la o presiune mai mică (Fig. 16).
Gradient de presiune. Cap de pierdere a apelor subterane (AH, m), în regiunea dintre aceste secțiuni de curgere (a se vedea figura 16 ..), sa referit la distanța dintre secțiunile (L - lungimea căii de filtrare, m), numita presiune piezometrica gradientului (gradientul de presiune) este determinată din expresia

Astfel, valoarea gradientului de presiune I caracterizează pierderea capului piezometric pe unitatea de lungime a traseului de filtrare. Semnul "-" din expresia (8.9) indică faptul că presiunea scade în direcția mișcării apelor subterane (cu creșterea x).
8.2. Legea filtrării liniare a lui Darcy
Legea de bază a filtrării a fost stabilită experimental de către sistemul hidraulic francez Henri Darcy în 1856, pe baza unor experimente pentru studierea mișcării apei prin tuburi umplute cu nisip (Figura 17).

Fig. 17. Schema experimentului lui Darcy

Rezultatele acestor experimente ale Darcy formulate output (Act) care cantitatea de apă (Q), care trece printr-un tub umplut cu material sub formă de particule, este direct proporțională cu diferența de nivel (), în secțiunile exterioare ale tubului,
este direct proporțională cu aria secțiunii transversale a tubului (F), este invers proporțională cu lungimea tubului (L - filtrarea lungimea căii) și este direct constantă proporțională pentru un material dat coeficientul (K), care caracterizează permeabilitatea materialului de umplere a tubului. Astfel, în general, legea Darcy (legea de bază a filtrării) poate fi exprimată prin formula
(8.10)
unde Q - debitul de apă (debit), cm3 / s; K este coeficientul de proporționalitate, cm / s; F este aria secțiunii transversale a țevii, cm2; H1 și H2 sunt valorile capului piezometric în secțiunile exterioare, cm; L - lungimea tubului (calea de filtrare), cm; I este valoarea gradientului de presiune.
Când se estimează debitul printr-o secțiune transversală cu un singur flux
(8.11)
unde q este debitul specific sau unitar, cm3 / s, m3 / zi; m - puterea curentului, cm, m; 1m = f este aria secțiunii transversale a fluxului la lățimea unității, cm2, m2.
Atunci când împărțim ambele laturi ale ecuației (8.10) cu aria secțiunii transversale a fluxului (F), obținem

Întrebări pentru autocontrol Care este diferența dintre mișcarea apei în zonele de aerare și saturație? Care sunt conceptele de „filtrare a apelor subterane“, „debit“, „unitate de debit“, „rata de filtrare“, „viteza reală de circulație a apelor subterane“? Care este gradientul de cap și de presiune, înălțimea piezometrică (h) și distanța față de planul de referință (z)? În ce formă putem exprima legea de bază a filtrării pentru debitul, debitul unic și rata de filtrare? Care sunt limitele aplicabilității legii lui Darcy?

Trimiteți-le prietenilor: